JP3501394B2 - 熱電変換モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱源から熱起電力
を取り出したり、電流を流してモジュール端面を加熱し
たり冷却したりするのに利用される熱電変換モジュール
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ｐ型とｎ型の熱電素子（熱電半導体）が
電気的に接合した接合部を持つ熱電（変換）素子対にお
いて、接合部を高温にしかつ熱電素子の他方を低温にす
ると、温度差に応じた熱起電力が発生する現象があり、
これをゼーベック効果と称している。

【０００３】また、上記熱電素子対において、一方の熱
電素子から他方の熱電素子に電流を流すと、一方の接合
部では熱を吸収し、他方では熱を発生する現象があり、
これをペルチェ効果と称している。

【０００４】さらに、ｐ型またはｎ型の熱電素子の一方
を高温にしかつ他方を低温にして温度勾配に沿って電流
を流すと、電流の方向によって熱電素子の内部で熱の吸
収または発生を生じる現象があり、これをトムソン効果
と称している。

【０００５】このような効果を利用した熱電変換装置
は、振動・騒音・摩耗等を生じる可動部分が全くなく、
構造が簡単で信頼性が高く、高寿命で保守が容易である
という特長をもった簡略化されたエネルギー直接変換装
置となりうるものである。そして、このような熱電変換
装置は、ｐ型とｎ型の熱電素子が電気的に接続した構成
の熱電素子対を１対以上そなえており、素子対接合部は
ｐ型およびｎ型熱電素子同士が直接電気的に接続した構
成、あるいは、ｐ型熱電素子と電極とｎ型熱電素子とが
電気的に（すなわち、間接的に）接続した構成をとるの
が普通である。

【０００６】このような構成の熱電変換装置には、熱電
素子対の両端に設定した温度差に依存して起電力を取り
出す前記ゼーベック効果を利用した熱電発電装置や、両
端に印加した電圧に依存して温度差を生じさせることに
より、一端を冷却する前記ペルチェ効果を利用した熱電
冷却装置がある。

【０００７】従来の熱電変換モジュールとしては、例え
ば、特開平５−４１５４３号公報の図３に示すペルチェ
効果を利用した熱電冷却装置用のモジュールがある。こ
のモジュールは、アルミナセラミックスなどの熱伝導性
が良好な絶縁材料からなる２枚の正方形の熱交換基板の
間に複数の熱電素子を配置して挾持した構造を有するも
のである。そして、この場合の熱交換基板は、熱交換性
能を向上させる機能を有するだけでなく、製造時に電極
をパターニングして保持する基板として機能し、電極と
熱電素子のハンダ付け工程を容易にする働きがある。

【０００８】また、別のモジュール構成として、例え
ば、米国特許第４，６１１，０８９号明細書には、熱電
素子を２次元的に配置し、高温端および低温端の平面形
状がほぼ正方形をなすようにした熱電変換モジュールが
開示されている。この熱電変換モジュールでは、縦横に
格子状をなす絶縁ホルダーにより熱電素子を２次元的に
配置して保持するようにしている。

【０００９】この熱電変換モジュールでは、高温端と低
温端との間で発生する温度差に起因する熱応力を絶縁ホ
ルダーによって緩和することができ、強度の低い熱電素
子や高さの高い熱電素子の場合に熱電素子の破壊を避け
るのに好適な構成である。また、両端面が正方形である
モジュールは、上述した設置時の機械的圧力や振動に対
しても強度が高い特徴がある。

【００１０】一般的に、モジュール内に設置された熱電
素子は、高温端と低温端の電極によって電気的に直列に
接続されており、モジュールから発電出力を取り出すた
めに、両端の熱電素子の低温端部分からメッシュやより
線を用いたリード線が接続されている。そして、複数の
熱電変換モジュールを電気的に接続する場合は、各モジ
ュールのリード線をハンダ付けするかあるいは圧着する
ことによって結線することとなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の熱電変換モジュ
ールは、セラミックス製の絶縁性基板や絶縁ホルダーに
より熱電素子対が固定されている構成であるため、曲線
を有する熱源に設置して発電させたい場合や、曲面部材
を冷却したい場合などには、あらかじめ設置する部材の
形状に合わせたモジュール端面形状を形成するか、熱電
変換モジュールを設置する部材の方を平面に加工する必
要があった。

【００１２】また、平坦面であっても大面積の設置部材
に熱電変換モジュールを設置する場合、モジュール端面
が大面積の熱電変換モジュールを使用すると、設置部材
とモジュール端面の接触圧力が均一となるように設置す
ることは困難であるため、モジュール端面の一部分が設
置部材と接触しないなどにより熱伝達効率が低下するこ
ととなる。

【００１３】例えば、熱電発電装置の場合は、一様な設
置圧力のもとで設置するために、数十ｋｇｆ／ｃｍ^２以
上の圧力が必要とされているので、大面積のモジュール
では、モジュール部分よりもはるかに大掛かりな押し付
けバネ機構を具備した装置になってしまうことになる。

【００１４】装置全体を小さくし、熱伝達効率を向上さ
せるには、モジュール端面と設置部材面の両方の平面度
と平滑度を向上させることが必要であるが、大面積にわ
たって高い精度の平面度と平滑度を達成することは、非
常に困難である。また、使用時のモジュール両端面の温
度差が大きい場合は、温度差に起因してモジュールが反
ってしまうことにより、設置部材から浮いてしまう部分
が生じて熱伝達効率が低下する。そして、熱伝達効率の
低い部分が生じると、その箇所での発電性能や冷却性能
が低下する問題となる。

【００１５】一方、比較的モジュール両端の面積が小さ
い熱電変換モジュールを多数設置する場合は、一般的に
モジュールの反りを小さくすることが可能であるが、モ
ジュール間の電気的接続を良好なものにしながら、数十
〜数百個のモジュールを設置することはきわめて煩雑に
なる問題がある。

【００１６】

【発明の目的】本発明は上記課題を解決し、曲面の部材
にも容易に設置することができ、設置部材と熱電素子端
面との熱伝達効率が良好で、冷却性能あるいは発電性能
に優れた熱電変換モジュールを提供し、さらには、大面
積の部材にも設置しやすく、熱電変換モジュールの設置
を簡便に行うことができる熱電変換モジュールを提供す
ることを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による熱電変換モ
ジュールは、請求項１または請求項２に記載しているよ
うに、ｐ型とｎ型の熱電素子が高温端および低温端に形
成された電極により電気的に接続された熱電素子対が複
数配置された熱電変換モジュールにおいて、少なくとも
ｐ型とｎ型の熱電素子一対からなり、熱電素子の高温端
および低温端に形成された電極により電気的に直列に接
続され、熱電素子間の熱電素子対列方向の側面がガラス
接着層で接着されて、あるいは各熱電素子がセラミック
ス製のハニカム材などの枠材に形成した孔の中に設置さ
れて、電気的な両端であるｐ型とｎ型の熱電素子各１個
の端面に出力端子が形成された熱電素子対列と、複数の
熱電素子対列の低温端あるいは高温端側を接着した電気
絶縁性のフィルムをそなえ、隣接する熱電素子対列の側
面間は接着されていないとともに複数の熱電素子対列が
その低温端あるいは高温端側で電気絶縁性のフィルムに
接着されている構成のものとしたことを特徴としてい
る。

【００１８】 そして、本発明による熱電変換モジュー
ルにおいては、請求項３に記載しているように、電気絶
縁性のフィルムは、高分子フィルム、ゴムシート、ある
いは、ゲル状シートのうちから選ばれる柔軟なフィルム
であるものとすることができる。

【００１９】 さらに、本発明による熱電変換モジュー
ルにおいては、請求項４に記載しているように、熱電素
子対は少なくとも２対からなり、ｐ型とｎ型の熱電素子
が交互に一列に配列し、熱電素子の高温端および低温端
に形成された電極により電気的に直列に接続され、熱電
素子対列の両端に位置するｐ型とｎ型の熱電素子の低温
端側に出力端子が形成された熱電素子対列をそなえたも
のとすることができる。

【００２０】 さらにまた、本発明による熱電変換モジ
ュールにおいては、請求項５に記載しているように、隣
接する熱電素子対列の出力端子同士は、線状あるいはメ
ッシュ状の結線で接続されているものとすることができ
る。

【００２１】 さらにまた、本発明による熱電変換モジ
ュールにおいては、請求項６に記載しているように、電
気絶縁性のフィルムは、ポリイミドフィルム、シリコー
ンゴムシート、あるいは、シリコーンゲルシートのうち
から選ばれる柔軟なフィルムであるものとすることがで
きる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の熱電変換モジュールは、
電気絶縁性のフィルム上に、両端面の面積が比較的小さ
い熱電素子対列がこの熱電素子対列の高温端面あるいは
低温端面側を接着することによって、複数個配置したも
のであり、隣接する熱電素子対列とは、熱電素子対列の
側面部分において互いに接着されていないものとしてい
る。

【００２３】高温熱源部材あるいは冷却部材の表面や放
熱部材の表面などに、電気絶縁性のフィルムのうち熱電
素子対列が接着されていない裏面側を接着することによ
り、本発明の熱電変換モジュールを至極く簡便に設置す
ることができる。

【００２４】例えば、熱電発電装置の場合、熱電素子対
列の低温端面が電気絶縁性のフィルムに接着された構成
の熱電変換モジュールとしてこの熱電変換モジュールに
おけるフィルム裏面を冷却ジャケットの表面に貼り、熱
電素子対列の高温端面が高温熱源と接触するように熱電
変換モジュールを挟み込んだ状態で冷却ジャケットを熱
源に取り付けることにより、発電効率の高い熱電発電装
置を得ることができる。

【００２５】また、２００℃程度までの比較的低温の熱
源部材の場合は、熱電素子対列の高温端面が接着された
電気絶縁性のフィルムを熱源部材に貼付し、熱電素子対
列の低温端側に冷却部材を接触させた熱電発電装置とす
ることもできる。

【００２６】さらにまた、本発明の熱電変換モジュール
に電流を流して冷却や保温を行う場合、熱電素子対列が
接着された電気絶縁性のフィルムを所望の部材に貼付し
て電流を流すことにより、その部材を冷却したり暖めた
りすることも容易にできる。

【００２７】熱電素子対における最適な対数は、熱電素
子端面の面積や発電出力や冷却制御電流などの要求性
能、熱電素子材料、モジュールが設置される温度条件な
どに依存するので、本発明は熱電素子対の対数に限定さ
れるものではない。

【００２８】また、本発明は、熱電素子対の高温端面か
ら低温端面までの熱電素子対の高さにも限定されるもの
ではない。しかし、熱電素子対の高温端面あるいは低温
端面の面積は２０ｃｍ^２以下であるものとすることが好
ましい。すなわち、２０ｃｍ^２より大きい場合は、熱電
変換モジュールの柔軟性が低下するので好ましくない。

【００２９】さらに、熱電素子対は、ｐ型とｎ型の熱電
素子が交互に一列に配置され、熱電素子の高温端面およ
び低温端面に形成された電極により電気的に直列に接続
されたライン状の熱電素子対列の形態とすることもでき
る。

【００３０】そして、熱電素子対のうち熱電素子対列方
向の側面は、ガラス接着層などの電気絶縁層が形成され
ているものとすることもできるし、セラミックス製のハ
ニカム材などの枠材に形成した孔の中に熱電素子を設置
した構成のものとすることもできる。しかしながら、隣
接する熱電素子対列同士は、熱電素子対列の側面同士が
接着されていない構成のものとしている。

【００３１】隣接する熱電素子対列同士の電気的接続
は、熱電素子対列の両端の熱電素子の端面に形成された
出力端子同士を線状あるいはメッシュ状の結線を用いて
接続することにより行い、ハンダ付けや圧着、溶接など
の公知の方法を使用することができる。

【００３２】熱電素子対列間の電気的接続工程は、本発
明による熱電変換モジュールを使用対象となる設置部材
の表面に貼付して設置した後に結線して行うようになす
こともできる。

【００３３】電気絶縁性のフィルムとしては、高分子フ
ィルム、ゴムシート、あるいは、ゲル状シートなどを使
用することができる。そして、このうち、高分子フィル
ムとしては、例えば、中高密度ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、トリアセテー
ト、テトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリアミ
ド（ナイロン）、３フッ化エチレンなどのフィルムが挙
げられる。

【００３４】また、ゴムシートとしては、例えば、シリ
コーンゴム、フッ化ビニリンデン系などのフッ素系ゴ
ム、アクリルゴム、ブチルゴムなどのシート材が挙げら
れる。

【００３５】さらに、ゲル状シートとしては、例えば、
シリコーンゲルシートや高分子吸収ゲルなどのシートな
どが挙げられる。

【００３６】そして、例えば、所望の幅のポリイミドテ
ープ上にライン型の熱電素子対列を複数設置した熱電変
換テープとすることもでき、あるいはまた、設置部材の
平滑度が低い場合や曲面の場合、電気絶縁性のフィルム
として弾性が大きい例えば０．５〜数ｍｍのシリコーン
ゴムシートやシリコーンゲルシートを使用することによ
り、設置部材と電気絶縁性のフィルムとの密着性を向上
させるようになすこともできる。

【００３７】また、例えば、吸水性が強い高分子吸収ゲ
ルシートを使用し、熱電素子対に通電してペルチェ効果
を利用することにより、ゲルの吸水量を制御して精密な
温度制御を行う装置に組み込むようになすこともでき
る。

【００３８】電気絶縁性のフィルムは、上記に挙げた単
体材料に熱伝導性を向上させる目的や、機械的な強度を
向上する目的、弾性を制御する目的、耐熱性を向上する
目的などで、粒状や繊維状のフィラーを混入したコンポ
ジット材料のフィルムやシートとすることもできる。

【００３９】さらに、２層のフィルムとすることもで
き、また、電気絶縁性のフィルムの両面には、熱電素子
対列やモジュールの設置部材との接着工程を簡便にする
ため、あらかじめ接着剤を塗布したり吹き付けたりして
おいたものとすることもできる。

【００４０】

【発明の効果】本発明による熱電変換モジュールでは、
請求項１または請求項２に記載しているように、ｐ型と
ｎ型の熱電素子が高温端および低温端に形成された電極
により電気的に接続された熱電素子対が複数配置された
熱電変換モジュールにおいて、少なくともｐ型とｎ型の
熱電素子一対からなり、熱電素子の高温端および低温端
に形成された電極により電気的に直列に接続され、熱電
素子間の熱電素子対列方向の側面がガラス接着層で接着
されるか、又は各熱電素子がセラミックス製のハニカム
材などの枠材に形成した孔の中に設置されるかして、電
気的な両端であるｐ型とｎ型の熱電素子各１個の端面に
出力端子が形成された熱電素子対列と、複数の熱電素子
対列の低温端あるいは高温端側を接着した電気絶縁性の
フィルムをそなえ、隣接する熱電素子対列の側面間は接
着されていないとともに複数の熱電素子対列がその低温
端あるいは高温端側で電気絶縁性のフィルムに接着され
ている構成のものとしたから、電気絶縁性のフィルムを
そなえていると共に隣接する熱電素子対列の側面間は接
着されていないものとしていることにより平面のみなら
ず曲面の部材にも容易に設置することができ、設置部材
と熱電素子端面との熱伝達効率が良好で、冷却性能や発
電性能に優れた熱電変換モジュールを提供することがで
き、大面積の部材にも設置しやすく、熱電変換モジュー
ルの設置を簡便に行うことができるようになるという著
しく優れた効果がもたらされる。

【００４１】 そして、請求項３に記載しているよう
に、電気絶縁性のフィルムは、高分子フィルム、ゴムシ
ート、あるいは、ゲル状シートのうちから選ばれる柔軟
なフィルムであるものとすることによって、対象とする
設置部材への熱電変換モジュールの設置を至極簡便に行
うことが可能であるという著しく優れた効果がもたらさ
れる。

【００４２】 さらに、請求項４に記載しているよう
に、熱電素子対は少なくとも２対からなり、ｐ型とｎ型
の熱電素子が交互に一列に配列し、熱電素子の高温端お
よび低温端に形成された電極により電気的に直列に接続
され、熱電素子対列の両端に位置するｐ型とｎ型の熱電
素子の低温端側に出力端子が形成された熱電素子対列を
そなえたものとすることによって、熱電素子端面の面積
や発電出力や冷却制御電流などの要求性能，素子材料，
モジュールが設置される温度条件などに対応して必要対
数の熱電素子対をそなえた熱電変換モジュールを簡便に
設置することが可能になるという著しく優れた効果がも
たらされる。

【００４３】 さらにまた、請求項５に記載しているよ
うに、隣接する熱電素子対列の出力端子同士は、線状あ
るいはメッシュ状の結線で接続されているものとするこ
とによって、所要の発電出力や冷却制御電流などの要求
性能に合わせた熱電発電装置や熱電冷却装置を提供する
ことが可能であるという著しく優れた効果がもたらされ
る。

【００４４】 さらにまた、請求項６に記載しているよ
うに、電気絶縁性のフィルムは、ポリイミドフィルム、
シリコーンゴムシート、あるいは、シリコーンゲルシー
トのうちから選ばれる柔軟なフィルムであるものとする
ことによって、適宜の柔軟性を有する熱電変換モジュー
ルとすることが可能であって、設置部材への熱電変換モ
ジュールの設置を至極く簡便に行うことが可能になると
いう著しく優れた効果がもたらされる。

【００４５】

【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
るが、本発明はこのような実施例のみに限定されないこ
とはいうまでもない。

【００４６】（実施例１） ２枚の炭素板の間に、ｐ型およびｎ型のＳｉ−Ｇｅ系熱
電素子（熱電半導体）原料粉末をそれぞれ別々に詰めて
ホットプレス焼結し、これにより得た各々の焼結体を切
断して、端面が３．５ｍｍ角で高さが５．０ｍｍであっ
て両端に炭素層が形成されたｐ型熱電素子およびｎ型熱
電素子を得た。

【００４７】次いで、図１に示すように、ｐ型熱電素子
２ｐおよびｎ型熱電素子２ｎの９対計１８本を交互に絶
縁性ガラス接着層３を介し接着することによって熱電素
子２ｐ，２ｎが連なった熱電素子対列一列を形成したの
ち、熱電素子２ｐ，２ｎの炭素層が付いた両端を研磨し
て素子高さを調整したあと、全素子２ｐ，２ｎが電気的
に直列となるように、熱電素子２ｐ，２ｎの両端に導電
性接着層（ろう材層）４を介してＭｏ製の高温端電極５
ｈおよび低温端電極５ｌをろう付けにより接合した。

【００４８】同時に、熱電素子対列の両端に位置する熱
電素子２ｐ，２ｎの低温端の出力端子６であるＭｏ製の
リード端電極の先端にはＣｕメッシュ７をろう付けによ
り接合することによってライン型熱電素子対列１を得
た。

【００４９】次に、図２に示すように、５０本のライン
型熱電素子対列１を隣接する熱電素子対列１の側面と一
定の間隔を開けて、これら熱電素子対列１の低温端面が
柔軟性のある電気絶縁性のフィルム１０であるシリコー
ンゲルシートに接着するように貼付し、シート面で７０
ｍｍ×２００ｍｍ、モジュールの厚みが６ｍｍの熱電変
換モジュール１１を形成した。

【００５０】次に、この熱電変換モジュール１１を図３
に示すような熱電発電装置１３に組付けて発電テストを
行った。この熱電発電装置１３は、ガスタービンからの
燃焼排ガスを導入できるガス流通路１４ａを有するステ
ンレス鋼製の加熱板１４と、冷却水導入管１５Ａを介し
て冷却水が導入できると共に冷却水排出管１５Ｂを介し
て冷却水が排出できるＣｕ製の冷却板１５とが積層され
た熱交換器型の構成を有するもので、図２に示した熱電
変換モジュール１１は各加熱板１４と冷却板１５との間
に設置される。

【００５１】そして、この場合、冷却板１５の表面に接
着剤を塗布して、前記熱電変換モジュール１１を冷却板
１５の各面につき２個づつ、排ガス流方向とライン型熱
電素子対列１の列方向とが平行となるように電気絶縁性
のフィルム１０の裏面を冷却板１５の表面に接着するこ
とにより設置した。そして、熱電発電装置１３の全体と
しては、８モジュールを設置した構成とした。

【００５２】その後、各熱電変換モジュール１１の電気
絶縁性のフィルム１０上に接着されている熱電素子対列
１の出力端子６において、隣接する出力端子６同士をＣ
ｕより線を介しハンダ付けすることによって、各モジュ
ール内で５０本の熱電素子対列１を電気的に直列に接続
した。

【００５３】一方、加熱板１４の表面は、ホワイトアル
ミナを溶射により厚さ１００μｍで成膜した後に表面を
研磨して仕上げ、熱電変換モジュール１１の高温端電極
面が加熱板１４のホワイトアルミナ膜表面に接触するよ
うに冷却板１５を設置したあと、冷却板１５の上部から
圧力１ＭＰａをかけて押さえつけ、高温排ガスと冷却水
とを導入して発電した。

【００５４】発電電圧電流は、各モジュールごとに外部
負荷を接続して測定したところ、５００℃の排ガスを導
入した場合の最大発電出力は平均４５Ｗであり、各モジ
ュールにおける発電出力のばらつきは±１０％以内で安
定していた。

【００５５】また、６５０℃の排ガスを導入した場合
も、押し付け圧力１ＭＰａで発電出力のばらつきは±１
０％以内で安定していた。そしてまた、押し付け圧力を
４ＭＰａに増加しても、発電出力の増加は認められなか
った。

【００５６】この様に、本発明による熱電変換モジュー
ル１１を使用することによって、熱電素子対列の列方向
と平行方向において自由に湾曲することができるモジュ
ールであるため、モジュールの設置面積が大きい熱電発
電装置において加熱板１４や冷却板１５の平面性が劣っ
ている場合においても、モジュール設置の際の位置決め
が容易で装置への組付け工程が簡便にかつ全面的な密着
状態で行うことができる。そのため、加熱板１４や冷却
板１５のごときモジュール設置部材の厳密な加工精度が
不要となるため、装置全体の生産性は大きく向上する利
点がある。また、本発明による熱電変換モジュールは、
モジュールの高温端面と低温端面との間の温度差が大き
い場合においても、温度差に起因してモジュールが反っ
たり変形したりすることが少ないため、小さい設置圧力
で設置することが可能になることから、押し付けバネ機
構部分をコンパクトなものにすることができるので、発
電効率の良い小型の熱電発電装置を提供することが可能
になる。

【００５７】（実施例２） 図４に本発明の実施例２による熱電変換モジュールの製
造工程の概略を示す。まず、熱電素子を得るに際して
は、公知のｐ型およびｎ型のＢｉ−Ｔｅ系原料粉末を焼
結することによって図４の（Ａ）に示す焼結体２を得
た。そして、この焼結体２を厚さ３ｍｍに研削加工し、
図４の（Ｂ）に示すように、その表面にＮｉメッキを施
しさらにはんだメッキ層（導電性接着層）４を形成し
た。次いで、図４の（Ｃ）に示すように、焼結体２を切
断して幅：２ｍｍ×長さ：８０ｍｍ×高さ：３ｍｍのｐ
型熱電素子２ｐおよびｎ型熱電素子２ｎを得たのち、ｐ
型熱電素子２ｐとｎ型熱電素子２ｎの側面を交互に２対
分だけガラス接着層３を介して接着し、次いで、図４の
（Ｄ）に示すように、所定の長さ方向幅で切断し、さら
には図４の（Ｅ）に示すように、両端面に出力端子６と
なるＡｌ板をハンダ付けして２対からなる熱電素子対列
１を作成した。

【００５８】次いで、図５に示すように、前記熱電素子
対列１を厚さ０．１ｍｍのポリイミドフィルムからなる
電気絶縁性のフィルム１０の上に整列して接着し、出力
端子６が相対している熱電素子対列１の出力端子６の間
をＣｕより線７で溶接して電気的接合を行うことによっ
て熱電変換モジュール１１を作成した。

【００５９】このようにして、熱電素子対列１が電気絶
縁性のフィルム１０上において６個×６０列接着された
熱電変換モジュール１１を用い、肉厚：５ｍｍ×直径：
５０ｍｍφ×長さ：１００ｍｍの軟鉄管の外側壁面に、
ポリイミドフィルムからなる電気絶縁性のフィルム１０
のうち熱電素子対列１が接着されていない裏面側を巻き
付けて設置した。その後、熱電変換モジュール１１内の
各熱電素子対列１をＣｕ製のより線で結線し、全素子対
が電気的に直列となるように接続した。

【００６０】次に、熱電変換モジュール１１に２Ａの電
流を流して熱電冷却装置として作動させることにより軟
鉄管を冷却したところ、軟鉄管の温度を電流を流す前の
温度に比べて２５℃低下させることができた。

【００６１】したがって、この軟鉄管の内側に例えば電
磁アクチュエーターが設置されているものとした場合
に、アクチュエーター作動時の温度上昇を抑制し、一定
温度に精度よく制御することができるようになるので、
電磁特性の低下を抑制することが可能になる。

【００６２】この実施例では、全熱電素子対を電気的に
直列となるように接続したが、冷却性能を制御しやすく
する目的や１個の熱電素子対が断線してもモジュール全
体が断線しないようにする目的などのために、熱電素子
対列ごととに並列に接続するようになすこともできる。
また、熱電変換モジュール内の熱電素子対の高温端面に
電気絶縁性のフィルムを貼付するようにしたり、放熱す
るためのフィンを設置したりするようになすこともでき
る。

【００６３】また、上記実施例では、焼結体を切断して
熱電素子対を形成した後、電気絶縁性のフィルムに接着
する場合を示したが、溶射法やメッキ法などの厚膜形成
法により、電気絶縁性のフィルム上にパターニングして
電極層、熱電素子層、電極層を成膜して製造するように
なすこともできる。

【００６４】このように、本発明による熱電変換モジュ
ールを使用することにより、円弧形状や管形状などのよ
うな曲面形状をなす表面にも容易に設置することができ
るという著しく優れた利点が得られる。また、本発明に
よる熱電変換モジュールでは、設置したい面積や長さに
応じて、必要な長さ分のモジュールをそなえた電気絶縁
性のフィルムを切断して使用することができるため、汎
用性が高く、量産性に優れた熱電変換モジュールを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による熱電変換モジュールを
構成するライン型熱電素子対列の斜面説明図である。

【図２】本発明の実施例１による熱電変換モジュールの
斜面説明図である。

【図３】本発明の実施例１による熱電変換モジュールを
設置した熱電発電装置の斜面説明図である。

【図４】本発明の実施例２による熱電変換モジュールを
構成する熱電素子対列の製造工程を（Ａ）〜（Ｅ）に分
けて示す斜面説明図である。

【図５】本発明の実施例２による熱電変換モジュールの
斜面説明図である。

【符号の説明】

１ 熱電素子対列 ２ｐ ｐ型熱電素子 ２ｎ ｎ型熱電素子 ３ ガラス接着層 ４ 導電性接着層 ５ｈ 高温端電極 ５ｌ 低温端電極 ６ 出力端子（リード端電極） １０ 電気絶縁性のフィルム １１ 熱電変換モジュール １３ 熱電発電装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茅 本 隆 司 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社 内 (72)発明者 櫛 引 圭 子 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社 内 (72)発明者 小 林 正 和 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社 内 (72)発明者 篠 原 和 彦 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社 内 (72)発明者 古 谷 健 司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社 内 (56)参考文献 特開 平７−202275（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−303472（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−18109（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｐ型とｎ型の熱電素子が高温端および低
   温端に形成された電極により電気的に接続された熱電素
   子対が複数配置された熱電変換モジュールにおいて、少
   なくともｐ型とｎ型の熱電素子一対からなり、熱電素子
   の高温端および低温端に形成された電極により電気的に
   直列に接続され、熱電素子間の熱電素子対列方向の側面
   がガラス接着層で接着されて、電気的な両端であるｐ型
   とｎ型の熱電素子各１個の端面に出力端子が形成された
   熱電素子対列と、複数の熱電素子対列の低温端あるいは
   高温端側を接着した電気絶縁性のフィルムをそなえ、隣
   接する熱電素子対列の側面間は接着されていないととも
   に複数の熱電素子対列がその低温端あるいは高温端側で
   電気絶縁性のフィルムに接着されていることを特徴とす
   る熱電変換モジュール。
2. 【請求項２】 ｐ型とｎ型の熱電素子が高温端および低
   温端に形成された電極により電気的に接続された熱電素
   子対が複数配置された熱電変換モジュールにおいて、少
   なくともｐ型とｎ型の熱電素子一対からなり、熱電素子
   の高温端および低温端に形成された電極により電気的に
   直列に接続され、各熱電素子がセラミックス製のハニカ
   ム材などの枠材に形成した孔の中に設置されて、電気的
   な両端であるｐ型とｎ型の熱電素子各１個の端面に出力
   端子が形成された熱電素子対列と、複数の熱電素子対列
   の低温端あるいは高温端側を接着した電気絶縁性のフィ
   ルムをそなえ、隣接する熱電素子対列の側面間は接着さ
   れていないとともに複数の熱電素子対列がその低温端あ
   るいは高温端側で電気絶縁性のフィルムに接着されてい
   ることを特徴とする熱電変換モジュール。
3. 【請求項３】 電気絶縁性のフィルムは、高分子フィル
   ム、ゴムシート、あるいは、ゲル状シートのうちから選
   ばれる柔軟なフィルムであることを特徴とする請求項１
   または２に記載の熱電変換モジュール。
4. 【請求項４】 熱電素子対は少なくとも２対からなり、
   ｐ型とｎ型の熱電素子が交互に一列に配列し、熱電素子
   の高温端および低温端に形成された電極により電気的に
   直列に接続され、熱電素子対列の両端に位置するｐ型と
   ｎ型の熱電素子の低温端側に出力端子が形成された熱電
   素子対列をそなえたことを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれかに記載の熱電変換モジュール。
5. 【請求項５】 隣接する熱電素子対列の出力端子同士
   は、線状あるいはメッシュ状の結線で接続されているこ
   とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の熱
   電変換モジュール。
6. 【請求項６】 電気絶縁性のフィルムは、ポリイミドフ
   ィルム、シリコーンゴムシート、あるいは、シリコーン
   ゲルシートのうちから選ばれる柔軟なフィルムであるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の熱電変換モジュ
   ール。